16MnDR低温钢埋弧焊焊接工艺方案的优化.doc

16MnDR低温钢埋弧焊焊接工艺方案的优化 30?工艺与新技术-焊接技术第40卷第1期2011年1月 文章编号:1002～025X(2011)01—0030—03 16MnDR低温钢埋弧焊焊接工艺方案的优化 王炜,郭旭,马江 (1.河南开元空分集团有限公司,河南开封475000;2.河南省开封市锅炉压力容器检验所,河南开封475000) 摘要:本公司为大中型成套空分设备及真空低温压力容器的专业生产厂家,现为某油田炼油项目设计并生产了2台150m真空粉末低 温液体二氧化碳贮槽,容器主材为16MnDR,设计温度为一4O.容器规格:3800mmx30mnl~13830mm,此容器需焊后整体进行退 火处理.通过优化选择焊材,并做了大量的焊接试验和焊接工艺评定,制订了16MnDR中厚板埋弧焊的合理的焊接热输入范围和相应 的工艺措施.有效地保证了产品焊接质量.解决了16MnDR低温钢中厚板埋弧焊焊接接头低温韧性值较低且热处理后低温韧性值不稳 定这一长期困扰同行业的焊接质量难题. 关键词:低温液体二氧化碳贮槽;16MnDR低温钢;埋弧焊;多层多道焊 中图分类号:TG445文献标志码:B 0引言 16MnDR低温钢的焊接工艺关键是要保证焊接接 头的一40低温缺口韧性.即抗低温脆性破坏的能 力.16MnDR钢的埋弧焊焊接国内尚无成熟的推荐焊 材和经验工艺可循.尤其是中厚板焊接的低温缺口韧 性在焊后热处理后.有时出现某个区域的冲击值大大 降低的情况,表现为不稳定性. 16MnDR低温钢为体心立方品格材料;母材显微 组织为铁素体+珠光体,属于铝镇静(铝脱氧),非 调质低温用钢,其脆性转变温度较高.但非调质低温 用钢的优点是:可以加工成各种形状,并容易进行热 加丁;而其缺点是:随着板厚的增加,并在热处理后 要同时保证其有较高的强度和低温缺口韧性是比较困 难的. 116MnDR钢的焊接性分析 1.116MnDR钢的化学成分及力学性能 16MnDR钢的化学成分及力学性能见表1及表2. 表l16MnDR钢的化学成分(质量分数)(% fcSiMnAltPS ≤O.200.15-0.50l_2～1.6≥0020≤0.025≤0012 收稿日期:2010—06—02 表216MnDR钢的力学性能 板厚抗拉强度屈服强度伸长率180o弯曲试冲击试验 /mmRn/MPaRd/MPaA(%)验弯心直径温度/oC冲击吸收功A,J 616490-620≥3l5≥212a一4(】≥34 gt;16—36470～600≥295≥213a-40≥34 1.2焊接性分析 由表1可知.16MnDR钢的碳当量为0.47%,淬 硬倾向不大,室温下焊接一般不易产生冷裂纹. 16MnDR钢在正火等冶金处理以及S.P含量控制极 低,也不易产生热裂纹. 16MnDR钢薄板在焊接时.不需要采取特殊的工 艺措施.对于16MnDR钢的中厚板,在焊接接头刚 性拘束较大或环境温度过低时,在焊前应进行预热. 从《金属材料学》可知,除了面心立方晶格的金属材 料(奥氏体钢,铝,铜等)外,组织为体心立方点阵 晶格的金属材料均有低温转脆的现象,所以,必须在 焊接过程中通过细化晶粒,优化焊缝合金化元素(加 入Ni和稀土元素等强碳化物形成元素).减少气体杂 质和控制夹杂物形态等措施对其焊接接头的组织和性 能加以改善.尤其是以铁素体为基的16MnDR低温 钢,铁素体晶粒尺寸越细小,钢的脆性转变温度将越 向低温方向移动,低温韧性值则相应较高. 综上述可知,可通过细化组织晶粒,改善焊缝组 织合金成分,降低有害杂质(特别是氧,氢含量等) 来改善16MnDR钢焊接接头的低温韧性,这是制订 16MnDR钢焊接工艺的一个基本原则. WeldingTechnologyVo1.40No.1Jan.2011?工艺与新技术?31 2焊接工艺评定 2.1焊接方法的选择 考虑到低温液体二氧化碳贮槽的结构因素,壳体 与封头钢板为中厚板,为提高生产效率,采用埋弧焊 较为合适,但埋弧焊的焊接热输入大,会使焊缝低温 冲击韧性降低,这对16MnDR低温钢的焊接是不利 的.因此选择合理的焊接工艺参数和合适的焊丝,焊 剂相配,采取合理的工艺措施,才能保证焊接接头的 强度及低温缺口韧性. 2.2焊材的选配 2.2.1焊丝的选择 16MnDR低温钢为铝脱氧镇静钢.选用相同材质 的铁素体材料进行埋弧焊焊接时.通过大量的试验证 明,低温冲击韧性值一般偏低,尤其是经过焊后热处 理后,冲击值更加不稳定.为改善焊缝金属组织,在 焊材中加入少量的Ni.因为Ni有利于提高焊缝金属的 低温缺口韧性,降低韧脆转变温度的作用.经过比较, 选用AWSA5.23标准中F7P10一ENi2较为合适,相当 于国内某厂家生产的S13低镍镀铜埋弧焊丝.通过焊 接试验,该焊丝及其熔敷金属化学成分